專利名稱：一種基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備運行故障檢測裝置，特別涉及一種基于聲音識別的 堵料檢測預(yù)警裝置及方法。
背景技術(shù)：
貝前傳輸帶和斗輪機在燃煤電廠、礦場等場所的長距離輸料系統(tǒng)中已得 到廣泛的應(yīng)用。物料由傳輸帶到斗輪機進行堆積、斗輪機與傳輸帶以及傳輸 帶與傳輸帶轉(zhuǎn)運過程中需要有較多的落料管進行轉(zhuǎn)接過渡，如圖1所示輸料 系統(tǒng)中的落料管示意圖。因物料中帶有水分和較多雜質(zhì)，粘堵落料管的情況 經(jīng)常發(fā)生，為確保輸料系統(tǒng)能長期安全穩(wěn)定運行，提高系統(tǒng)的自動化程度， 需在落料管中增加可靠的落料管堵料預(yù)警保護措施。
目前常用的落料管堵料檢測及預(yù)警保護裝置有阻旋式、擋板式、電容 式、射頻導(dǎo)納和超聲波監(jiān)測方式五種
(1) 電容式堵料開關(guān)
電容式堵料報警器安裝在落料管內(nèi)，容易因為物料粉粒粘結(jié)，導(dǎo)致接地 而發(fā)出誤報警。
(2) 擋板式堵料開關(guān) 擋板式堵料報警器常因落料管內(nèi)物料粒堵塞迅速，導(dǎo)致?lián)醢逦茨苄纬山?br> 度即被埋沒，從而失去根警功能。
(3) .阻旋式堵料開關(guān) 阻旋式堵料開關(guān)的關(guān)鍵部件是一個葉片形式的探頭，是由一個小力矩低
速同步電機組成的旋翼，旋翼未觸及料位時，以每分鐘1轉(zhuǎn)的速度不停地轉(zhuǎn)動，當管道內(nèi)物料流堵塞時觸及物料，旋翼的轉(zhuǎn)動將受阻，停止轉(zhuǎn)動，使內(nèi) 部微動開關(guān)動作并發(fā)出堵料報警信號。
(4) 射頻導(dǎo)納堵料開關(guān)
利用安裝在落料管內(nèi)的射頻導(dǎo)納堵料開關(guān)的檢測電極與地電極i間的距 離與其存在的阻抗和容抗之間的固定比例關(guān)系來檢測料位，進而起到堵料檢
測與預(yù)警保護的作用，其安裝位置盡量避開物料行進的方向。
(5) 聲波料流監(jiān)測器 聲波料流監(jiān)測器由一個安裝在落料筒中的探頭傳感器和一個控制箱組
成，利用探頭傳感器感知物料與探頭在運動中相互間的摩擦所產(chǎn)生的振動波 來判斷是否有堵料，而探頭的接觸部分要采用高耐磨性材料。
上述五種堵料檢測裝置有一個共同的特點就是探頭部分都安裝在落料管 內(nèi)部，是接觸式的檢測設(shè)備。這種類型的預(yù)警保護裝置在一般的工業(yè)應(yīng)用中 能起到一定的作用，但在燃煤電廠或礦場等場所的輸料系統(tǒng)中，要經(jīng)受住物 料塊的沖擊、物料顆粒的埋沒以及物料粉粒的侵蝕而能長時間可靠穩(wěn)定運行 實際很難，另外中國專利00117760.5，授權(quán)
公開日2003.2.5，授權(quán)公開了 「種智能型堵煤自動檢測裝置，該發(fā)明主要采用了滾式運行信號檢測傳感 器，使用時將其安裝在皮帶下方，皮帶與其接觸，當發(fā)生堵煤時，皮帶上的 煤重量增加，使檢測傳感器產(chǎn)生一個下沉量，再通過一傳感器部件產(chǎn)生一個 堵煤信號，達到檢測目的。其檢測手段是利用傳統(tǒng)的重量傳感器來，成，也 是一種接觸式的檢測設(shè)備，而且未見該發(fā)明已實用的報道。因此設(shè)計一種非 接觸式的堵料預(yù)警裝置及方法具有非常重要的意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是針對現(xiàn)有的接觸式探頭部分帶來的種種弊端的問題，提出了一 種基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置及方法，利用聲音識別技術(shù)，模擬人在 現(xiàn)場的聽覺，自動檢測落料管因堵料出現(xiàn)的異常聲音，判斷運行是否出現(xiàn)故 障，給出語音報警信號，提醒運行人員采取相應(yīng)措施或自動采取停機措施進 行系統(tǒng)保護。
本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置，.包括音 頻采集模塊、音頻A/D模塊和數(shù)字音頻處理模塊，音頻采集模塊安裝在落料 管外緊貼在物料下落時撞擊落料管部位的外壁，采集現(xiàn)場聲音并進行放大，
音頻A/D模塊把從落料管中發(fā)出的經(jīng)放大的聲音轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號送入數(shù) 字音頻處理模塊，數(shù)字音頻處理模塊處理信號并輸出預(yù)警信號給外圍系統(tǒng)。 一種基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警方法，包括基于聲音識別的堵料檢測
預(yù)警裝置，方法包括以下具體步驟
1) PLC輸料控制系統(tǒng)實時將系統(tǒng)狀態(tài)信號傳送至數(shù)字音頻處理模塊，.當數(shù)字
音頻處理模塊檢測到系統(tǒng)狀態(tài)為開始輸送物料時，啟動音頻分析程序，數(shù)字
音頻處理模塊將分析識別經(jīng)音頻采集模塊放大、音頻A/D轉(zhuǎn)換過的數(shù)字音頻 信號；
2) 當數(shù)字音頻處理模塊將信號濾除干擾后檢測出音頻序列其電壓有效值均 值低于設(shè)定電壓閾值，以及頻譜中主峰值起始頻率低于設(shè)定頻率閾值，且主 峰值終止頻率與起始頻率之間差值不超過設(shè)定閾值并維持一短時間段時，視 為落料管出現(xiàn)堵料故障，否則視為暢通； .
3) 出現(xiàn)堵料故障時，數(shù)字音頻處理模塊將故障結(jié)果轉(zhuǎn)換成一開關(guān)量預(yù)警信 號傳送至PLC輸料控制系統(tǒng)，同時將數(shù)字音頻序列通過網(wǎng)絡(luò)或轉(zhuǎn)換成模擬音頻通過音頻線傳送至集控室在平板PC或工控機上直接播放。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置及方 法，利用聲音識別技術(shù)，模擬人在現(xiàn)場的聽覺，自動檢測落料管因堵料出現(xiàn) '的異常聲音，判斷運行是否出現(xiàn)故障，此為一種非接觸式的堵料預(yù)警方法， 解決了接觸式堵料測試檢驗部件易損導(dǎo)致報警失靈的問題。


圖1為輸料系統(tǒng)中的落料管示意圖； 圖2為落料管暢通時采集音頻圖； 圖3為落料管堵塞時采集音頻圖4為本發(fā)明基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)示意'圖5為本發(fā)明基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置中裝有音頻采集模塊的落料
管示意圖。
具體實施例方式
長距離輸料系統(tǒng)中采用分段轉(zhuǎn)運的方式進行，而轉(zhuǎn)運處利用落嵙管進行 轉(zhuǎn)接過渡，在正常的輸料過程中，傳輸帶上的物料(常常帶有水分和雜質(zhì)) 通過落料管落至另一條轉(zhuǎn)運傳輸帶上時，帶有物料與落料管壁、物料與傳輸 帶的撞擊以及物料在運動中的相互間的摩擦和與空氣的摩擦所產(chǎn)生的聲音， '這些聲音的頻率集中在一個相對固定的頻段范圍，如果濾除物料在運動中的 相互間的摩擦和與空氣的摩擦所產(chǎn)生的聲音，檢測到的將會有類似物料塊撞 擊金屬和繃緊皮帶的聲音，這兩種類型的聲音對人的聽力來說是具有一定強 度且具有一定規(guī)律的處于高頻段的音頻，如圖2所示落料管暢通時染集音頻圖，落料管暢通時，裝置檢測分析其采集到的音頻序列其電壓有效值均值較 高，且其頻譜中主峰值頻率將處于高頻率段。
當落料管由于各種原因發(fā)生輸料堵塞時，落料管不流通，沒有任何撞擊 聲，只有物料繼續(xù)在堵塞的落料管上方堆積，此時會發(fā)出一種很悶且低沉的
聲音，對人的聽力來說是持續(xù)的、頻率穩(wěn)定的處于低頻段的音頻，如圖3所 示落料管堵塞時采集音頻圖，落料管堵塞時，裝置檢測分析其采集至U的音頻 序列其電壓有效值均值較低，且其頻譜中主峰值頻率將處于低頻率段。
根據(jù)上述原理可利用一種音頻采集模塊采集落料管中發(fā)出的聲音并將其 傳送至控制室，在控制室中安裝音頻處理設(shè)備利用頻譜分析的方法來進行檢 測識別，也可將兩種功能集成在一嵌入式系統(tǒng)中，既可采集又能檢測，并能 ，識別出的結(jié)果轉(zhuǎn)換成一種可被輸料控制系統(tǒng)接收的信號，然后將其傳送， 同時還可將識別出異常情況前后某一時間段內(nèi)的聲音序列進行壓縮傳送，在 輸料控制系統(tǒng)中，根據(jù)接收的信號進行處理，對異常情況給出語音報警信 號，并播放聲音序列，提醒運行人員采取相應(yīng)措施或自動采取停機措施進行 系統(tǒng)保護。
如圖4所示基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)示意圖，裝置是一種 嵌入式系統(tǒng)，由音頻采集模塊l (相當于麥克)、音頻A/D模塊2 (相當于錄 黃機)、數(shù)字音頻處理模塊3 (相當于頻譜分析儀)組成。如圖5所示裝有堵 料檢測與預(yù)警保護裝置的落料管示意圖，在該系統(tǒng)裝置中，音頻采集模塊1 安裝在落料管外緊貼在物料下落時撞擊落料管部位的外壁， 擬人在現(xiàn)場的 聽覺，采集現(xiàn)場聲音并進行放大，音頻A/D模塊2把從落料管中發(fā)Hjl的經(jīng)放 大的聲音轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號，PLC輸料控制系統(tǒng)4實時將系統(tǒng)狀態(tài)信號傳送至數(shù)字音頻處理模塊3，當檢測到系統(tǒng)狀態(tài)為開始輸送物料時，啟動音頻 分析程序，數(shù)字音頻處理模塊3將分析識別經(jīng)A/D模塊2轉(zhuǎn)換過的數(shù)字音頻 信號，當濾除干擾后檢測出音頻序列其電壓有效值均值(設(shè)為M)低于某一 閾值(設(shè)為N)以及頻譜中主峰值起始頻率(設(shè)為f。)低于某一頻率閾值 '(設(shè)為f,)且主峰值終止頻率(設(shè)為f,)與起始頻率之間差值不超過某一閾 值(設(shè)為f。)并維持一短時間段時，系統(tǒng)將其視為出現(xiàn)堵料故障，靑則視為 暢通，即當(M《N and f0《fTand (f「fo)《fo)時，視為堵料故障，當 (M〉N or f')〉fT or (f「f0) 〉fD)時，視為暢通。
若出現(xiàn)堵料故障，數(shù)字音頻處理模塊3將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換成一開關(guān)量預(yù)警 信號傳送至PLC輸料控制系統(tǒng)4，同時將數(shù)字音頻序列通過網(wǎng)絡(luò)或轉(zhuǎn)換成模 擬音頻通過音頻線傳送至集控室在平板PC或工控機5上直接播放。PLC輸料 控制系統(tǒng)4接收到該開關(guān)量預(yù)警信號后進行語音報警，提醒運行人員手動采 取相應(yīng)動作或由控制系統(tǒng)自動采取動作。手動和自動操作模式可相互切換， 該功能可通過司機室操作面板上某按鈕實現(xiàn)。
該系統(tǒng)裝置應(yīng)用在斗輪機的落料管上，將檢測裝置安裝在物料下落時撞 擊落料管部位的外壁，可選擇手動操作模式，當系統(tǒng)檢測到出現(xiàn)堵料故障 時，輸出預(yù)警信號至斗輪機司機室與集控室，當運行人員聽到落料管堵塞語 音報警時，迅速操作停止輸送物料到斗輪機的一段傳輸帶，防止落料管溢 出，并及時采取措施將落料管進行疏通，起到保護斗輪機運行設(shè)備的作用。
應(yīng)用在轉(zhuǎn)運站的落料管上，將檢測裝置安裝在物料下落時撞擊落料管部 位的外壁，需選擇自動操作模式，當系統(tǒng)檢測到出現(xiàn)堵料故障時，自動停止 物料輸送線路上所有的傳輸帶，同時輸出預(yù)警信號與異常聲音序列至集控室，通知集控室人員采取措施去疏通發(fā)生故障的落料管，將輸料系統(tǒng)快速恢 復(fù)正常。
權(quán)利要求
1、一種基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置，其特征在于，包括音頻采集模塊、音頻A/D模塊和數(shù)字音頻處理模塊，音頻采集模塊安裝在落料管外緊貼在物料下落時撞擊落料管部位的外壁，采集現(xiàn)場聲音并進行放大，音頻A/D模塊把從落料管中發(fā)出的經(jīng)放大的聲音轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號送入數(shù)字音頻處理模塊，數(shù)字音頻處理模塊處理信號并輸出預(yù)警信號給外圍系統(tǒng)。
2、 一種基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警方法，包括基于聲音識別的堵料檢測 預(yù)警裝置，方法包括以下具體步驟.-1) PLC輸料控制系統(tǒng)實時將系統(tǒng)狀態(tài)信號傳送至數(shù)字音頻處理模塊，當數(shù)字 音頻處理模塊檢測到系統(tǒng)狀態(tài)為開始輸送物料時，啟動音頻分析程序，數(shù)字 音頻處理模塊將分析識別經(jīng)音頻采集模塊放大、音頻A/D轉(zhuǎn)換過的數(shù)字音頻 信號；2) 當數(shù)字音頻處理模塊將信號濾除干擾后檢測出音頻序列其電壓有效值均 值低于設(shè)定電壓閾值，以及頻譜中主峰值起始頻率低于設(shè)定頻率閾值，且主 峰值終止頻率與起始頻率之間差值不超過設(shè)定閾值并維持一短時間段時，視 為落料管出現(xiàn)堵料故障，否則視為暢通；3) 出現(xiàn)堵料故障時，數(shù)字音頻處理模塊將故障結(jié)果轉(zhuǎn)換成一開關(guān)掌預(yù)警信 號傳送至PLC輸料控制系統(tǒng)，同時將數(shù)字音頻序列通過網(wǎng)絡(luò)或轉(zhuǎn)換成模擬音 頻通過音頻線傳送至集控室在平板PC或工控機上直接播放。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于聲音識別的堵料檢測預(yù)警裝置及方法，利用聲音識別技術(shù)，模擬人在現(xiàn)場的聽覺，現(xiàn)場采集落料管因堵料出現(xiàn)的異常音頻信號進行分析，判斷運行是否出現(xiàn)故障，給出語音報警信號，提醒運行人員采取相應(yīng)措施或自動采取停機措施進行系統(tǒng)保護，此為一種非接觸式的堵料預(yù)警方法，解決了接觸式堵料測試檢驗部件易損導(dǎo)致報警失靈的問題。
文檔編號G01H17/00GK101614583SQ20091005029
公開日2009年12月30日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者沈文忠, 高幼年 申請人:上海電力學(xué)院